Если окружающий нас мир един и образует единое и целостное образование, то и знание о нем имеет фундаментальное единство. И хотя наука разделена на дисциплины, но существуют фундаментальные законы отображающие единство и целостность природы, законы подтверждающие фундаментальное единство естественных наук. С помощью таких законов, которым подчиняются классы явлений и целые области природы, как раз и раскрывают единство природы, взаимосвязь и взаимодействие составляющих ее объектов и процессов. Например, закон сохранения материи справедлив и для химических, и для физических, и для биологических процессов. Ярким воплощением единства всех форм знаний о мире представляет собой научный метод, которым пользуются все естественные науки (да и гуманитарные). Тот факт, что познание в естественных науках в целом совершается по некоторым общим принципам, правилам и способам деятельности, свидетельствуют, с одной стороны об общем, едином источнике их познания, с другой стороны, — о взаимосвязи и единстве этих наук.

Единство естественных наук подтверждает и междисциплинарные методы исследования, например системный метод. Хотя системы, встречающиеся в природе имеют разное строение и разные признаки, но все они самоорганизующиеся системы, и нельзя противопоставлять живые и неживые системы, новые результаты проливают свет на проблему возникновения живого из неживого.

Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер единства всех важнейших знаний естественных наук о природе, ученые ввели понятие естественнонаучной картины мира, под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира.

2. Наука как форма познания окружающего нас мира оперирует такими понятиями как наблюдение, эксперимент, теория. Познание — это сложный процесс, состоящий из нескольких стадий. На эмпирической, или опытной, стадии используются методы, опирающиеся на систематические наблюдения, эксперимент и измерение. Наблюдение — это первоначальный источник информации. Научное наблюдение отличается от обыденного. В процессе научного наблюдения, в отличие от обыденного, используются разнообразные материальные средства: приборы, инструменты, оборудование. Научное наблюдение предполагает и участие живого созерцания (если не самого объекта или процесса, то показаний приборов их регистрирующих), но так как цель научного познания — обнаружение объективных законов, то по возможности оно должно исключить субъективные моменты. Т.е. в процессе научного наблюдение результаты не должны зависеть от наблюдателя (его пола, возраста или настроение). Систематичность, контролируемость и тщательность — характерные требования к научному наблюдению. Следует добавить, что в науке редко бывают открытия, связанные с совершенно случайными, заранее не предусмотренными наблюдениями. Наблюдение дает эффект, если есть хотя бы идея или догадка что следует искать. Т.е. в основе наблюдений лежит теория, идея.

Эксперимент — важнейший метод эмпирического (опытного) исследования, для наблюдения процессов в условиях, меньше всего подверженных воздействию посторонних факторов, т.к. их воздействие может изменить сам наблюдаемый процесс. Дополнением любого эксперимента являются измерения с помощью научного оборудования. Измерение не является эмпирическим особым методом, а составляют необходимое дополнение любого серьезного научного наблюдения и эксперимента. Результаты экспериментов обрабатывают математически с применением методов статистики. В начале века Резерфорд и его сотрудники регистрировали в своих экспериментах альфа-частицы с помощью экрана из сернистого цинка в микроскоп. При попадании частицы на экран наблюдалась слабая вспышка, которую можно было зафиксировать только через микроскоп. Максимальное число импульсов, которое удавалось сосчитать, — было два, три в секунду. А сейчас специальные электронные приборы — фотоумножители — в состоянии различить и зафиксировать более слабые вспышки. Число их в секунду составляет десятки и сотни тысяч. Эта информация запоминается и обрабатывается быстродействующими ЭВМ.

Благодаря эксперименту многие естественные науки совершили в своем развитии гигантский скачек. Поэтому этот метод и получил наибольшее применение в естествознание, хотя существуют области исследования где эксперименты невозможны. Открытие законов движения планет Кеплером имело огромное значение для развития естествознания. Правда из-за невозможности осуществления экспериментов с небесными телами для исследования законов их движения пришлось обратиться к наблюдениям. Тем не менее и здесь исследование осуществлялось в тесном взаимодействии теории и наблюдения, тщательной проверке выдвигаемых гипотез измерениями движений небесных тел.

В естествознании до 19 в. (период классического естествознания) эксперимент считался главным методом познания, а целью его — построение абсолютно истинной картины природы. Еще Ньютон придавал большое значение наблюдениям и эксперименту, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от истинных. В 20 в. с развитием науки пришло осознание относительной истинности картины природы, выработанной на определенном этапе познания. Пришло понимание принципиальной невозможности устранения воздействия со стороны субъекта на познаваемый объект. Примером может служить исследование объектов микромира с помощью современного научного оборудования, которое уже само по себе является предметом макромира и не может не оказывать воздействие на объект исследования. Но при эксперименте необходимо свести это воздействие к минимуму.

Теория — это система идей в той или иной отрасли знаний, единство знаний, в котором факты и гипотезы связаны в некоторую целостность. На теоретической стадии строят гипотезы и теории, открывают законы науки. Затем гипотезу проверяют экспериментом. Если результаты эксперимента не совпадают с гипотезой, то опровергается сама гипотеза. Но это возможно поспешный вывод, поэтому проводятся разнообразные эксперименты и их достоверность зависит от уровня развития науки и техники. Это упрощенное описание процесса исследования, на самом деле — это длительный и сложный процесс, который начинается не с накопления фактов, а с выдвижения проблемы. Последняя свидетельствует о возникновении трудности в развитии науки, когда вновь обнаруженные факты не удается объяснить и понять с помощью старых теорий. Возникшая проблемная ситуация требует четко определить, какие факты и в чем не согласуются со старыми эмпирическими и теоретическими знаниями. В качестве пробного решения сформулированной проблемы выдвигается некоторая гипотеза, которая на последующих стадиях исследования подробно анализируется с точки зрения ее подтверждения имеющимися эмпирическими данными и теоретическими знаниями. Затем из гипотезы по правилам логики выводятся следствия, которые допускают эмпирическую проверку непосредственно с помощью наблюдений и экспериментов. Эмпирическая проверяемость служит важным условием научности гипотезы, поскольку именно она допускает возможность вывода следствий из гипотезы и тем самым позволяет фактически сравнить ее с данными опыта или наблюдений. Если следствия из гипотезы не согласуются с эмпирическими данными, то в соответствии с логическим принципом modus tollens (отрицающего модуса) опровергается сама гипотеза. Значительно труднее обстоит дело с подтверждением гипотезы. Иногда считают, что если следствие гипотезы было подтверждено на опыте, то это свидетельствует об истинности самой гипотезы. Такое заключение было бы поспешным, ибо согласно правилам логики из истинности следствия не вытекает истинность основания, в данном случае гипотезы. Можно говорить лишь о той или иной степени вероятности гипотезы, т.к. при дальнейшей проверке могут быть обнаружены факты, опровергающие гипотезу целиком или частично. Очевидно, чем больше по числу и разнообразию будет найдено фактов, подтверждающих гипотезу, тем выше станет ее вероятность. В принципе, однако, вполне допустим случай, который может опровергнуть гипотезу. Это обстоятельство часто упускают из виду люди, не знакомые с логикой. Между тем даже многократно проверенные и подтвержденные опытом законы естествознания представляют собой не что иное как практически достоверные гипотезы. Так, например, закон всемирного тяготения Ньютона до открытия теории относительности Альбертом Эйнштейном считался непреложной истиной. Дальнейшие эксперименты, проведенные в связи с проверкой общей теории относительности, выявили ее приближенный характер.